專利名稱：一種多環(huán)芳烴檢測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種多環(huán)芳烴檢測方法。
背景技術：
拉曼光譜(RS)技術是以拉曼散射效應為基礎建立起來的分子結構表征技術，常規(guī)拉曼光譜技術在晶體性質、分子結構和分析化學等領域有廣泛的應用。自從1974年 Fleischmann等第一次在卩比唳吸附的粗糙銀電極上觀察到表面增強拉曼散射(Surface Enhanced RamanScattering,簡稱SERS)現(xiàn)象以來，SERS研究得到了飛速發(fā)展。由于其高探測靈敏度、高分辨率、水干擾小、可猝滅熒光、穩(wěn)定性好及適合研究界面等特點，SERS效應被廣泛應用于表面研究、吸附物界面表面狀態(tài)研究、生物大分子的界面取向及構型、構象研究和結構分析等方向。SERS基底的制備是SERS領域的研究熱點之一，并不斷向制備方便、穩(wěn)定性好、信號強的方向努力。盡管SERS技術得到了廣泛的應用，但制備出符合要求的納米結構表面在實驗上仍然是一個挑戰(zhàn)。利用納米技術獲得SERS活性基底的最大優(yōu)勢是(I)可以獲得納米尺度下形狀及大小基本可控的粗糙表面；(2)制備可模擬“粗糙表面”的各種有序納米結構表面，定量研究SERS增強機理；(3)便于尋找產生強SERS效應的最佳實驗條件。貴金屬溶膠顆粒法是目前表面增強拉曼光譜中最常用的SERS活性基底。采用貴金屬金、銀制備 SERS活性基底，可以獲得均一形狀的金屬粒子，直徑通常在50nm IOOnm范圍內，粒徑分布范圍較窄，適用范圍廣泛，而且可以在空氣中長期放置，比較穩(wěn)定。煤、石油、煤焦油、煙草和其他一些有機物的熱解或不完全燃燒，會生成一系列多環(huán)芳烴化合物(PAHs)，如苯并[a]芘、苯并[a]蒽、苯并[b]熒蒽等，長期接觸這類物質可能誘發(fā)皮膚癌、陰囊癌和肺癌等。煤煙、浙青、焦油類的物質已被國際癌癥研究機構(IARC) 列入對人體致癌的化學物質之中。在分析多環(huán)芳烴環(huán)境樣品時，由于采集的環(huán)境樣品基體復雜，污染物濃度低，因此要獲得數(shù)據(jù)準確、重現(xiàn)性好的分析結果，樣品預處理是重要的一個環(huán)節(jié)，而且往往也是PAHs環(huán)境樣品分析成敗的關鍵。目前常用的多環(huán)芳烴檢測方法有高效液相色譜法，氣相色譜法以及色質聯(lián)用分析法，這些方法所用儀器價格昂貴，并且對樣品前處理要求較高。因此，探索快速高效、簡便經濟的PAHs檢測方法已成為當今環(huán)境分析領域的重要研究方向之一。從理論上講，將SERS活性基底用于PAHs的監(jiān)測分析是可行的，但是限制其應用的一個主要問題是如何將非極性的PAHs與金屬納米粒子之間的距離縮小， 從而發(fā)生SERS效應。近年來，國外已經有學者利用貴金屬溶膠作為SERS活性基底，在其表面連接特定的官能基團(光澤精，腐殖酸等)，并將其用于監(jiān)測PAHs。官能團的加入縮小了 PAHs與金屬納米粒子之間的距離，使得PAHs進入金屬表面等離子共振區(qū)域，因而產生SERS 效應。另外一種常用基底為硫醇修飾的金膜或銀膜。由于硫醇可以在金屬表面形成自聚單分散層，并且具有疏水作用，因此可以將PAHs嵌入到SERS基底表面，從而實現(xiàn)檢測。迄今為止，國內外有關SERS應用于PAHs檢測的文章寥寥無幾，并且所用基底種類單一。因此制備價格低廉，性質穩(wěn)定，可應用于PAHs檢測的新型SERS基底對環(huán)境分析領域具備重要意義。

發(fā)明內容
本發(fā)明合成了一種核殼式Fe3O4OAg磁性納米顆粒,利用戍硫醇對納米顆粒表面進行修飾。將修飾后的磁性納米顆粒用于PAHs的富集，并通過便攜式拉曼光譜儀觀察到了 PAHs的拉曼特征峰。通過一系列實驗證明本發(fā)明采用的樣品制備方法及目標污染物分析方法操作簡便，不僅可以實現(xiàn)單一 PAHs的快速檢測，還可以用于多環(huán)芳烴混合溶液的檢測。本發(fā)明首先合成了 Fe3O4納米顆粒，利用硅烷修飾Fe3O4表面后，將其分散于硝酸銀溶液中，在還原劑鹽酸羥胺的作用下，制備得到核殼式Fe3O4OAg磁性納米顆粒，這種顆粒兼具Fe3O4的磁性與納米銀顆粒的拉曼增強性能。將制備出的Fe3O4OAg磁性納米顆粒分散到一定濃度的硫醇溶液中后，由于硫醇的-SH官能團與銀結合力較強，因此硫醇可以迅速在 Fe3O4OAg顆粒表面形成疏水單分散層。一段時間后利用外加磁場將分散在溶液中的磁性顆粒進行回收，通過便攜式拉曼光譜儀可以檢測到硫醇的拉曼特征峰，證明修飾成功。將硫醇修飾后的磁性顆粒作為SERS基底分散于一定濃度的PAHs溶液中，由于硫醇分子間存在一定空間，可以將PAHs嵌入，因此縮短了多環(huán)芳烴分子與Fe3O4OAg納米顆粒表面的距離，為表面增強拉曼散射的發(fā)生創(chuàng)造了條件。此時用外加磁場對磁性顆粒進行收集后，利用便攜式拉曼光譜儀可以在IOs內檢測到多環(huán)芳烴的拉曼特征峰。通過下面的描述來闡明本發(fā)明的具體內容(I)用共沉淀法合成Fe3O4磁性納米顆粒將FeCl2 · 4H20與FeCl3 · 6H20以質量比 2 5. 4的比例溶解于IOOmL去離子水中，并加入ImL鹽酸促進溶解。在機械攪拌下向上述溶液中滴加氨水，至PH值到達10，反應30分鐘后將產物置于80°C水浴鍋中熟化半小時，停止攪拌，將產物冷卻至室溫，水洗3次后于真空烘箱中70°C下干燥3小時，將產物研磨后過 200目篩，得到Fe3O4磁性納米顆粒；(2)硅烷修飾Fe3O4磁性納米顆粒的制備取O. 25g步驟(I)中制備的納米 Fe3O4分散于IOOmL無水乙醇中，超聲30min,倒入三口圓底燒瓶中，在機械攪拌下滴加 ImLAPTMS (3-氨基丙基-三甲氧基硅烷)，反應進行6h后，將生成的沉淀物于真空60°C干燥 Ih得到硅烷修飾后的Fe3O4納米顆粒；(3)核殼式Fe3O4OAg磁性納米顆粒的制備將O. 05g步驟(2)得到的產物分散于 IOOmL硝酸銀溶液中(8. 8 X 10_3M)，超聲30min，倒入三口圓底燒瓶中，在機械攪拌下向其中滴加95ml鹽酸羥胺與氫氧化鈉組成的混合溶液，反應45min后制得核殼式Fe3O4OAg磁性納米顆粒； (4)硫醇修飾SERS基底的制備將O. 05g步驟⑶得到的核殼式Fe3O4OAg磁性納米顆粒分散于IOmL乙醇溶液中，滴加10 μ L戊硫醇。反應6h后得到硫醇修飾后的Fe3O4O Ag磁性SERS基底；(5)PAHs的富集與檢測將O. 025g步驟(4)得到的磁性SERS基底分散于多環(huán)芳烴溶液中，混合Ih后用外加磁場對磁性顆粒進行收集。使用ENWAVE便攜式拉曼光譜儀進行信號采集，儀器型號為EZRaman-I Series，產地美國，激光波長785nm，掃描時間5s，得到多環(huán)芳烴的SERS譜圖。


下面通過圖例說明本發(fā)明的主要特征。附圖I為本發(fā)明制備的核殼式Fe3O4OAg磁性納米顆粒的透射電鏡照片，實驗結果表明制備出的磁性納米顆粒大小均勻，平均粒徑為50nm左右。附圖2為本發(fā)明制備的核殼式Fe3O4OAg磁性納米顆粒的磁滯曲線圖。與Fe3O4相比，在銀層包裹后顆粒的磁性有所下降，但是在SM = 49. 5emu g—1的條件下，完全可以實現(xiàn)磁性顆粒的快速分離。附圖3為硫醇在本發(fā)明制備的核殼式磁性納米顆粒表面的SERS譜圖。檢測結果充分說明硫醇能夠主動富集到磁性顆粒表面，并且產生了均勻的拉曼增強效應。需要特別指出的是，雖然硫醇自身產生的拉曼峰較強，但是由于特征峰位置集中于eoo-iooocnr1的范圍，所以對下一步多環(huán)芳烴的檢測影響較小。附圖4是本發(fā)明所用五種多環(huán)芳烴的結構示意圖。附圖5是五種多環(huán)芳烴在硫醇修飾基底表面的SERS譜圖以及五種多環(huán)芳烴固體純品的拉曼譜圖。通過與純品拉曼譜圖的特征峰位置對比，可以看出多環(huán)芳烴SERS譜圖中的特征峰峰型與位置基本保持不變，這充分驗證了本發(fā)明檢測方法的可行性。附圖6是五種多環(huán)芳烴混合物在硫醇修飾基底表面的SERS譜圖。檢測結果表明， 當混合溶液中PAHs濃度達到Img L—1時，可以區(qū)分出不同種類多環(huán)芳烴各自的特征峰。附圖6的實驗結果說明本方法具備應用于實際樣品檢測的潛力。發(fā)明實施例 下面進一步通過實施例來闡述本發(fā)明。實施例IFe3O4 納米顆粒的制備取 5. 4g FeCl3 ·6Η20 與 2g FeCl2 ·4Η20 溶于 IOOmL 去離子水中，向其中滴加氨水至PH值等于10，將生成的沉淀物于真空70°C干燥3h，將產物研磨后過200目篩，制得Fe3O4納米顆粒；核殼式Fe3O4OAg磁性納米顆粒的制備取0. 25g 納米Fe3O4分散于IOOmL無水乙醇中，超聲30min，倒入三口圓底燒瓶中，在機械攪拌下滴加 ImLAPTMS (3-氨基丙基-三甲氧基硅烷)，反應進行6h后，將生成的沉淀物于真空60°C干燥Ih得到中間產物-氨基修飾后的Fe3O4納米顆粒。將0. 05g中間產物分散于IOOmL硝酸銀溶液中(8. 8 X 10_3M)，超聲30min，倒入三口圓底燒瓶中，在機械攪拌下向其中滴加45mL 鹽酸羥胺(0. 06M)與50mL氫氧化鈉(0. 1M)組成的混合溶液，反應45min后制得SERS基底-核殼式Fe3O4OAg磁性納米顆粒；硫醇修飾SERS基底的制備將0. 05g核殼式Fe3O4OAg 磁性納米顆粒分散于IOmL乙醇溶液中，滴加10 μ L戊硫醇。反應6h后，利用外加磁場對磁性顆粒進行收集得到硫醇修飾后的SERS基底；PAHs的富集與檢測將0. 025g硫醇修飾后的核殼式Fe3O4OAg磁性納米顆粒分散于Img L—1的多環(huán)芳烴溶液中，Ih后用外加磁場對磁性顆粒進行收集。將富集了多環(huán)芳烴的磁性顆粒置于培養(yǎng)皿中，使用便攜式拉曼光譜儀進行信號采集，掃描時間為5s，得到多環(huán)芳烴的SERS譜圖。實施例2硫醇修飾SERS基底的制備方法同實施例I。PAHs混合溶液的富集與檢測將0. 025g硫醇修飾后的核殼式Fe3O4OAg磁性納米顆粒分散于多環(huán)芳烴混合溶液中，五種多環(huán)芳烴各自濃度為Img L—1。Ih后用外加磁場對磁性顆粒進行收集，將富集了多環(huán)芳烴的磁性顆粒置于培養(yǎng)皿中，使用便攜式拉曼光譜儀進行信號采集，掃描時間為5s，得到多環(huán)芳烴混合物的SERS譜圖。
權利要求
1.一種多環(huán)芳烴檢測方法，其由下述步驟組成(1)用共沉淀法合成Fe3O4磁性納米顆粒將FeCl2· 4H20與FeCl3 · 6H20以質量比 2 5. 4的比例溶解于去離子水中，并加入鹽酸促進溶解。在機械攪拌下向上述溶液中滴加氨水，至pH值到達9. 5以上，反應30min后將產物置于80°C水浴鍋中熟化30min，停止攪拌， 將產物冷卻至室溫，水洗3次后于真空烘箱中70°C下干燥3h，將產物研磨后過200目篩，得到納米Fe3O4磁性顆粒；(2)硅烷修飾Fe3O4磁性納米顆粒的制備取O.25g步驟(I)中制備的納米Fe3O4分散于 IOOmL無水乙醇中，超聲30min,倒入三口圓底燒瓶中，在機械攪拌下滴加3-氨基丙基-三甲氧基硅烷，反應進行6h后，將生成的沉淀物于真空60°C干燥Ih得到硅烷修飾后的Fe3O4 納米顆粒；(3)核殼式Fe3O4OAg磁性納米顆粒的制備將O.05g步驟⑵得到的產物分散于IOOml 硝酸銀溶液中，超聲30min，倒入三口圓底燒瓶中，在機械攪拌下向其中滴加鹽酸羥胺與氫氧化鈉組成的混合溶液，反應45min后制得核殼式Fe3O4OAg磁性納米顆粒；(4)硫醇修飾SERS基底的制備將O.05g步驟(3)得到的核殼式Fe3O4OAg磁性納米顆粒分散于IOmL乙醇溶液中，滴加10 μ L戊硫醇，反應6h后得到硫醇修飾后的Fe3O4OAg磁性 SERS基底；(5)PAHs的富集與檢測將步驟(4)得到的磁性SERS基底O.025g分散于多環(huán)芳烴溶液中，混合I 2h后用外加磁場對磁性顆粒進行收集，使用便攜式拉曼光譜儀進行信號采集，得到多環(huán)芳烴的SERS譜圖。
2.如權利要求I所述的一種多環(huán)芳烴檢測方法，步驟(I)中，去離子水用量為lOOmL， 鹽酸濃度為36%，用量lmL，氨水濃度為25%，反應過程持續(xù)滴加氨水至pH值等于10.0。
3.如權利要求I所述的一種多環(huán)芳烴檢測方法，步驟(2)中，3-氨基丙基-三甲氧基硅烷的濃度為97%，用量lmL。
4.如權利要求1-3中任一項所述的一種多環(huán)芳烴檢測方法，步驟(3)中，硝酸銀溶液濃度為8. 8 X IO-3M,鹽酸羥胺與氫氧化鈉混合溶液的配制方法為鹽酸羥胺45mL，濃度O. 06M, 氫氧化鈉50ml，濃度O. 1M，兩種溶液在IOOmL燒杯中混合攪拌5min。
5.如權利要求1-4中任一項所述的一種多環(huán)芳烴檢測方法，該方法檢測的多環(huán)芳烴目標物為以下五種蒽，芘，菲，茈，苯并[a]芘。
6.如權利要求1-5中任一項所述的一種多環(huán)芳烴檢測方法，步驟(5)中的多環(huán)芳烴富集方法如下將硫醇修飾后的核殼式Fe3O4OAg磁性納米顆粒分散于濃度為Img Γ1的多環(huán)芳烴溶液中，混合時間lh，用外加磁場對富集了多環(huán)芳烴的磁性顆粒進行回收，外加磁場為體積10X 15X 2cm3的Nd-Fe-B強磁鐵。
7.如權利要求1-6中任一項所述的一種多環(huán)芳烴檢測方法，步驟(5)中的多環(huán)芳烴混合溶液富集方法如下將硫醇修飾后的核殼式Fe3O4OAg磁性納米顆粒分散于五種多環(huán)芳烴混合溶液中，每種多環(huán)芳烴濃度為Img L—1，混合時間lh，用外加磁場對富集了多環(huán)芳烴的磁性顆粒進行回收。
8.如權利要求1-7中任一項所述的一種多環(huán)芳烴檢測方法，步驟(5)中的多環(huán)芳烴檢測方法如下將富集了多環(huán)芳烴的磁性顆粒置于培養(yǎng)皿中，利用便攜式拉曼光譜儀進行信號米集，激光波長785nm,掃描時間5s。
全文摘要
本發(fā)明合成了一種核殼式Fe304@Ag磁性納米顆粒，利用硫醇對納米顆粒表面進行修飾。將修飾后的磁性納米顆粒作為表面增強拉曼活性基底，用于多環(huán)芳烴PAHs的富集，并通過便攜式拉曼光譜儀觀察到了PAHs的拉曼特征峰。通過一系列實驗證明本發(fā)明采用的樣品制備方法及目標污染物分析方法操作簡便，不僅可以實現(xiàn)單一PAHs的快速檢測，還可以用于多環(huán)芳烴混合溶液的檢測。
文檔編號G01N21/65GK102608093SQ20111002299
公開日2012年7月25日 申請日期2011年1月20日 優(yōu)先權日2011年1月20日
發(fā)明者景傳勇, 杜晶晶 申請人:中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心